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四脱硫方案的确定
具体到某项工程,脱硫方案的确定,既要考虑到可行性,又要考虑到经济性。对于用气量较小(比如每小时五、六千立方米以下),而且煤气中含硫量不高的用户,可以考虑单级采用干法脱硫或湿法脱硫(用气量特别小的,比如每小时两、三千立方米以下不宜用湿法)。目前最常用的干法脱硫剂是氧化铁和活性炭。通常,干法脱硫的脱硫工艺流程较为简单,但考虑到环保及经济性,一般都要对脱硫剂再生使用,而氧化铁和活性炭的再生从流程到成本都差别较大。
如采用氧化铁脱硫剂,可以自制或购买成型制品。自制氧化铁脱硫剂,一般采用天然沼铁矿或铁屑掺以木屑、熟石灰及水,其制作成本较低。这种自制的氧化铁脱硫剂,一般脱硫效率较高、脱硫效果较好,但其硫容较低、可再生次数较少。脱硫剂使用一段时间后需要再生,这种自制氧化铁脱硫剂一般采用塔外再生。将脱硫剂取出,放在晒场上充分氧化再生,晒场上脱硫剂的厚度不宜超过300--400mm,并应定期翻动。这种自制的氧化铁脱硫剂虽然成本低,但制作、再生都需要较大的场地、较多的人工,也比较麻烦,所以现在很多单位购买成型的氧化铁脱硫剂,也有许多单位研制成型的氧化铁脱硫剂销售。这些成型的氧化铁脱硫剂,颗粒均匀、孔隙率大、强度较高、氧化铁含量高、脱硫效率高、硫容大、可再生次数多,其再生可以在塔内进行,一般通入空气即可。
氧化铁脱硫剂的使用条件一般限定以下几点:
1)温度正常使用温度以20—30℃为宜。温度过高,将使氧化速度加快,相对降低了硫化速度,使脱硫效率降低,同时温度过高将使硫化铁的水合物失去水分,进而影响脱硫剂的湿度及酸碱度,影响脱硫效果。温度过低,会大大降低硫化速度,使脱硫效率下降,同时也将使煤气中的水分冷凝下来,造成脱硫剂过湿。
2)水分脱硫剂宜保持25%--35%的水分,若水分小于10%将会影响脱硫操作。水分能保持硫化氢与氧化铁的足够接触时间,减少脱硫剂结块,并可溶解部分盐类,防止其包在氧化铁表面,影响脱硫反应的进行。
3)含氧量煤气中含有一定的氧,可以使氧化铁在脱硫的同时实现再生一般以含氧1.0—1.1%为宜。含氧量过高会加速铁的腐蚀和形成煤气胶。
4)煤气的杂质含量煤气中的焦油等杂质要脱除干净,否则容易造成脱硫剂表面被焦油等覆盖而失效。
5)酸碱度氧化铁脱硫一般要求在弱碱性(PH值8—9)的环境下进行,PH值过高过低都会影响脱硫效率。
如采用活性炭作脱硫剂,一般购买脱硫专用活性炭。活性炭能够脱除煤气中的硫化氢及有机硫,这在很早已经被认识到,但工业化应用在煤气工程中是近十几年来的事。这是随着活性炭技术的提高,活性炭生产成本大幅度降低带来的成果。活性炭脱硫具有硫容量大、活性高、孔隙率大、脱硫效率高、机械强度高、耐水性好、气体阻力小、设备简单、操作方便、易于再生、生产费用低、可直接回收硫磺等优点。
活性炭脱硫生产主要的工艺条件有:
1)温度正常使用温度可以在27—82℃,但最佳使用温度为32—52℃,因此在寒冷地区使用,脱硫塔应该保温。
2)硫化物与氧含量的比值应在1:2以上,氧含量不足时可补充空气。
3)相对湿度煤气的相对湿度应在70—100%,湿度不足时可补充水蒸汽,但不应带液态水进入活性炭床。
4)气体中酸碱性要求活性炭脱硫要求碱性环境,如煤气中不含碱性气体成分,可以使用浸碱活性炭。
5)煤气的杂质含量煤气中的焦油等杂质要脱除干净,否则容易造成活性炭表面微孔被焦油等覆盖而失效。
6)压力操作压力应小于5Mpa,目前一般的煤气生产工艺都不超过此压力。
对于用气量稍大(每小时两、三千立方米以上)、煤气中含硫量又不太高的用户可以采用单级湿法脱硫。湿法脱硫属于成熟工艺,主要有直接氧化法、化学吸收法、物理吸收法等。近几十年的变化主要集中在对吸收液的改进上。
目前应用最广的是直接氧化法。吸收剂主要有:碳酸钠、氨水。而用得最多的是碳酸钠。氧化剂经历了砷碱、萘醌、栲胶、蒽醌等的逐步改良,最近设计的工程一般使用RTS。一套完整的湿法脱硫系统包括了脱硫、脱硫液再生、脱硫液贮存循环、脱硫液加热、硫磺加工回收等。对于硫磺产量较小的用户,如果上马一套完整的硫磺加工设备,象熔馏釜、硫泡沫槽、真空过滤机等,就显得投资、生产成本太高了。因此,可以适当简化,将不多的硫磺泡沫放入干化池中自然风干,这样就省去了许多设备,也大大降低了生产成本。
对于用气量稍大或煤气中含硫量较高的用户,如果一级干法或湿法脱硫不能满足要求,则可以采用干、湿法串连使用。对于中小型民用煤气用户,因为民用煤气工程的用户发展有一个逐步增加的过程,不可能一下子达到最终规模。所以,工程初期用户数量较少时,可以采用简单实用的干法脱硫并预留湿法脱硫场地,待用户扩大后,若实践证明脱硫费用增加太多或不能满足煤气质量要求,则可以增加湿法脱硫与干法串联使用。
总之,中小型煤气工程脱硫方式的选择,应根据煤气的种类、性质、煤气量的大小、煤气中硫化物的含量、煤气质量要求等综合因素全面考虑。并应结合当地资源,考虑脱硫剂的来源、价格、副产品的处理、环境保护等。既要考虑到方案的可行性,又要考虑到投资建设、生产运行的经济性,以达到最佳的效果。
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